猎户座的一等星“参宿四”(猎户座α(阿尔法)星),是已知的约以6年为周期亮度发生变化的变星 。2024年11月,对于这一较长变光周期的原因,有人提出可能是由于未知伴星在参宿四周围公转导致。
美国航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心的Steve B. Howell等人的研究团队报告称,通过安装在北双子座望远镜上的观测装置“Alopeke”观测发现,在参宿四附近发现了一个暗弱天体 。从多个角度考虑,Howell等人认为该天体并非其他无关天体,而是环绕参宿四公转的伴星 。此外,Howell等人提议将这颗伴星命名为“シワルハ(سوارها)”,意为“她的手镯” 。
然而目前,此次观测结果尚未达到能断言“发现了参宿四伴星”的精度 。如果此次发现的天体确实是伴星,那么下次它将在2027年11月预测的位置出现。
距离地球548光年的恒星“参宿四”,是猎户座中具有代表性的冬季一等星 。参宿四处于恒星寿命的末期阶段,表面膨胀,被认为正处于向周围抛洒尘埃和气体的“红超巨星”阶段 。由于参宿四质量是太阳的18倍,被认为“即将”发生“超新星爆发”。
但超新星爆发究竟有多迫近,尚不清楚 。已知参宿四的亮度变化存在416日周期(约1.14年)和2170日周期(约5.94年)两个周期,因此有人尝试从这些周期推算其寿命 。但要逆推寿命,需确定参宿四本体的变光周期,因此对于哪个周期源自本体存在争议。
如果本体变光周期为416日,超新星爆发至少在数十万年内不会发生 。而若是2170日周期即约6年周期,那么未来数十年到数百年内就有可能进入倒计时阶段 。不过多数天文学家预测,参宿四本体的变光周期是416日。那么,6年周期的变光又是如何产生的呢?
2024年11月,西蒙斯基金会熨斗研究所的Jared A. Goldberg等人的研究团队发表观点,认为这个6年周期的变光可能是由未知伴星,昵称“Betelbuddy”引起 。详细内容可参考过去的解说文章《“参宿四”可能存在未知伴星“Betelbuddy”》。
如前文所述,参宿四周围散布着尘埃,自身被尘埃云包裹 。Goldberg等人认为,伴星在这片尘埃云中公转 。就像除雪车推开雪一样,伴星公转时推开尘埃,使尘埃云部分变薄,从而产生光线泄漏的区域 。伴星以6年周期公转,我们因此观察到参宿四6年周期的变光,这是一个相对简单的设想。
但同时,预计伴星的观测极其困难 。因为伴星在参宿四附近(参宿四表面约7亿5000万千米,约为地球到太阳距离的5倍)公转,很可能会被极其明亮的参宿四的光芒掩盖 。就如同在汽车大灯闪耀中难以发现萤火虫一样。
NASA艾姆斯研究中心的Steve B. Howell等人的研究团队挑战了对观测难度高的伴星的观测 。观测使用的是位于中国台湾省夏威夷莫纳罗亚山的北双子座望远镜上安装的观测装置“Alopeke” 。
地面安装的望远镜无法避免大气造成的星体影像晃动 。Alopeke通过叠加数千张曝光时间极短(0.01 – 0.06秒)的图像来校正晃动,将望远镜性能发挥到极限 。由此,能够使像参宿四伴星这样,在明亮天体附近的暗弱且难以观测的天体影像显现出来。
Howell等人分别在2020年和2024年对参宿四进行了两次观测 。每次观测都拍摄了约6000张图像。
其中,2020年2月17日的观测中,由于伴星隐藏在参宿四后方,从一开始就不期待能拍摄到 。但未能拍摄到这一点,印证了伴星按预期公转,从而间接证明了伴星的存在。
而2024年12月9日的观测,在参宿四和伴星视位置相距最远的日子仅3天后进行,是直接拍摄伴星的最佳时机。
分析结果显示,不出所料2020年的图像中没有任何发现,而2024年的图像中出现了一个与参宿四不同的天体 。其位置与假设伴星环绕时预计存在的位置相符 。该天体视亮度在B等级(波长445nm的蓝光下的等级)为7.5 – 8.5等,与参宿四相比暗5 – 7等 。这相当于只有参宿四约1/250的亮度。
与许多恒星一样,参宿四周围有很多视位置相近但实际无关的天体 。Howell等人考虑了这种可能性,但与2020年图像比较后得出结论,2024年图像中出现无关天体的可能性较低。
Howell等人因此认为,这是观测史上首次拍摄到参宿四的伴星 。不过仅靠此次观测数据,尚未达到能断言“发现了参宿四伴星”的精度。
此次观测中,观测数据中的噪声或图像处理过程中,有大约13%的可能性会偶然出现实际上不存在的天体影像(约1.5σ的显著性) 。一般可能认为精度足够,但从科学角度看精度仍较低 。要有力主张发现伴星,需将偶然可能性降低到约0.00006%以下(5σ的显著性)。
鉴于上述精度,此次参宿四伴星的“发现”在数年后被推翻的可能性很大 。笔者个人认为,NOIRLab(NSF国立光学红外天文学研究实验室)发布的新闻稿表述略显草率。
“Gemini North Discovers Long – Predicted Stellar Companion of Betelgeuse”
“Gemini North telescope in Hawai‘i reveals never – before – seen companion to Betelgeuse, solving millennia – old mystery.”
《北双子座望远镜发现长期预测的参宿四伴星》
《夏威夷的北双子座望远镜发现了前所未见的参宿四伴星,解开了千年谜团》
此次分析为确保2024年数据不会出现虚幻的天体影像,将6000张图像分成两半分别分析,进行了双重检查 。毕竟观测才刚刚开始,也不能立刻断定伴星是虚幻的 。2024年后下次容易观测到伴星的时间约在2027年11月26日,如果真的存在伴星,届时将出现在与2024年相反的位置 。研究团队呼吁进行后续观测。
如果参宿四的伴星确实存在,那它会是什么样的天体呢?结合过去的观测数据进行分析,能了解伴星的一些特征 。
由于伴星靠近参宿四,推测其年龄与参宿四相同,约1000万岁 。考虑到伴星的亮度以及对参宿四的引力影响,预计伴星是质量约为太阳1.6倍、表面温度约7100℃(7400K)的相当年轻且呈蓝白色的恒星 。
恒星的寿命由质量决定 。因此,同样是1000万岁,参宿四已接近寿命尽头,是红超巨星“老者”,而伴星中心的氢核聚变尚未开始,被认为是前主序星“幼体” 。如果按此继续演化,最终氢核聚变将开始,成为比太阳稍偏蓝的F型主序星。
但预计这颗伴星永远不会成为主序星 。首先,参宿四的超新星爆发预计在数十万年后发生,近距离承受爆发的伴星会被炸得粉碎 。
而且在此之前,伴星受到参宿四的潮汐力影响,正逐渐下落,预计1万年内会与参宿四相撞 。很可能在目睹参宿四超新星爆发之前,先看到伴星的撞击 。届时,预计即使不像超新星爆发那么剧烈,参宿四也会暂时变得相当明亮。
这颗伴星被Goldberg等人赋予昵称“Betelbuddy”,而Howell等人此次新提议用意为“她的手镯”的“シワルハ(سوارها)”作为专有名称 。这是因为参宿四(Betelgeuse)源于阿拉伯语中该恒星的名称“ヤド・アル=ジャウザー(يد الجوزاء)”,直译是“アル=ジャウザー的手臂” 。虽然“アル=ジャウザー”的确切含义已失传,但可知是女性名字 。“シワルハ=她的手镯”这个名字,作为环绕“她的手臂”的恒星名称很合适。
终于可能发现参宿四的伴星了呢!不过,伴星シワルハ的命运可能很悲惨哦。(笔者)
文/彩恵りり 编辑/sorae编辑部
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